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[導(dǎo)讀]本文來源于面包板社區(qū)接地是電路設(shè)計(jì)中最基礎(chǔ)的內(nèi)容,但又是幾乎沒人說得清的,幾乎每次的培訓(xùn)和交流都會(huì)有人問到“老師,有沒有一種通用的接地方法可以參考啊?”如果想知道這個(gè)問題的答案,請繼續(xù)耐著性子讀下去。我先給出一個(gè)斬釘截鐵的答案:“沒有”。那咋辦呢,我們總不能像中國的廚師一樣,教徒...

本文來源于面包板社區(qū)


接地是電路設(shè)計(jì)中最基礎(chǔ)的內(nèi)容,但又是幾乎沒人說得清的,幾乎每次的培訓(xùn)和交流都會(huì)有人問到“老師,有沒有一種通用的接地方法可以參考???”如果想知道這個(gè)問題的答案,請繼續(xù)耐著性子讀下去。

我先給出一個(gè)斬釘截鐵的答案:“沒有”。那咋辦呢,我們總不能像中國的廚師一樣,教徒弟炒菜時(shí),用到的配料都是“少許”“顏色微黃”“微焦”等感覺性詞語吧,當(dāng)然不是。為了更好的明了接地的技巧方法,下文中將不再講究任何的文字技巧,而是一針見血的道出接地問題的本質(zhì)來。

接地方式←接地目的←接地的功能,所以采取哪種接地方式,要看地是哪類地,這類地的作用目的是什么,這兩個(gè)問題解決了,接地方式則可水到渠成。

接地的目的決定了接地方式。同樣的電路,不同的目的,可能都要采取不同的接地方式。這個(gè)觀點(diǎn)一定記住。比如同樣的電路,用在便攜設(shè)備上,靜電累積泄放不掉,接地的目的是地電位均衡;用在不可移動(dòng)的設(shè)備上,一般會(huì)有安全接地措施,對靜電泄放的接地目的是導(dǎo)通阻抗足夠低,尤其是對于尖峰脈沖的高頻導(dǎo)通阻抗。

一下講解地的注意事項(xiàng)分成幾個(gè)獨(dú)立的觀點(diǎn)分別介紹,每一條的內(nèi)容雖然簡單,建議一定反復(fù)讀上N遍,象面對一杯好茶,讓心跳在60bpm以下的狀態(tài),細(xì)細(xì)的品,感覺其中的美感和內(nèi)涵。然后才可能從簡單的詞語中悟出深刻的道理來。

1、從性能分,接地分成四類:

安全接地、工作接地(數(shù)字地、模擬地、功率器件地)、防浪涌接地(雷擊浪涌、上電浪涌)、防靜電接地。

前文書中講過,“接地的目的決定了接地方式”,目的即指其實(shí)現(xiàn)的功能?;旧纤械慕拥囟伎梢詺w結(jié)到這四類里面來。每個(gè)接地前都要先明確該接地屬于哪一種。

2、接地追求的目標(biāo)是地阻抗低、地穩(wěn)定、地均衡。

地阻抗低很好理解,用粗的線纜即可,但有一個(gè)問題一定不能忽視,比如我通過一個(gè)大電感接地了,如果地線上跑的地電流的波動(dòng)頻率是0.00000001Hz,這個(gè)大電感的感性效應(yīng)表現(xiàn)得就很不明顯,等同于直接接地了,但如果波動(dòng)電流是1000000Hz的話,感抗=jωL=j2πfL,就顯得很大了,這種情況下,相當(dāng)于高頻接地很差。各位看官可能會(huì)說了,你胡來吧你,誰會(huì)用個(gè)大電感接地呢,第一是在某種狀態(tài)下會(huì)有這種方式的,第二是即使不這樣接個(gè)電感,普通電纜的走線電感在高頻下也是不容忽視的??偨Y(jié)為一句話,低頻接地≠高頻接地。即低阻抗的接地要分析是屬于高頻還是低頻的接地。

地穩(wěn)定是比較好理解的,一般來說,接地阻抗足夠低的話,地電流瀉放容易,且不會(huì)在底線上產(chǎn)生啥子壓降,就如一個(gè)超大的電容,電荷的海洋,具有無限寬廣的胸懷,多少進(jìn)來都波瀾不驚。

地均衡比較容易被忽視,對于一個(gè)信號來說,有用部分是兩條線上的壓差,如果地線漂移了,兩條線上對地線的壓差同等的上升或下降,即差模電壓值維持不變,共模電壓發(fā)生變化,其實(shí)電路功能是照常實(shí)現(xiàn)的。就像水漲船高,您比我高3cm,站在船上,船上浮了,您依然還是高我3cm。這種情況在靜電防護(hù)的時(shí)候常用到,一個(gè)靜電脈沖通過空氣打到電路板上,針對局部的電路,距離遠(yuǎn)近的不同,肯定會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生靜電感應(yīng)的壓差。這時(shí)候用一塊金屬板隔一下的話,即使該金屬板浮空,對金屬板后面的電路板來說,感應(yīng)的將是均勻的電場,雖然感應(yīng)干擾仍然存在,但起碼電路上是基本均衡的。當(dāng)然如果此金屬板接地更好啦。當(dāng)然共模電壓一般不會(huì)維持住,因?yàn)閭鬏斁€的阻抗不均勻,往往會(huì)轉(zhuǎn)成差模電壓干擾,地均衡的問題最好不要讓我們面對,但沒辦法的時(shí)候,如浮地設(shè)備,不得不受到靜電沖擊的電路板,防護(hù)時(shí)候要考慮地均衡問題。

3、共地阻抗耦合干擾

共地阻抗耦合干擾是接地里面每天都要面對的核心問題,并且?guī)缀跆颖懿婚_。就像電影院里散場的時(shí)候,你從最里頭的一號廳出來,沒幾個(gè)人,走來很通暢,突然二號廳也散場了,一下子通道就擁擠了,再繼續(xù)前行,壞了,三號廳正在放觀眾入場,一下子,人流就波動(dòng)起來了。這和共地阻抗是一個(gè)原理,通道相當(dāng)于地線,人相當(dāng)于電流。如果一、二、三號廳流動(dòng)的人差不多,相互之間影響不太大,但如果3號廳是大廳,人員是一、二號廳的好多倍,那進(jìn)出三號廳的人員將會(huì)對一、二號廳人員流動(dòng)速度的影響很大。一、二、三號艇的客人都要走過的這段路就成了共地阻抗。

以下圖為例,圖1中,RAB段的電阻就是共地阻抗部分,流過這段的地電流Io、Ia、Id三部分在這段會(huì)相互影響;如果這三個(gè)電流差別較大,差出了1-2個(gè)數(shù)量級的話,相互之間的影響就不可以忽視了,尤其是某個(gè)弱地電流支路是用于定量測量、放大或AD轉(zhuǎn)換電路的時(shí)候;圖2則把Id對另外兩個(gè)之路的影響隔離掉了;圖3則是三個(gè)地電流全部分別隔離了。


4、較通用型的接地方法

這個(gè)標(biāo)題用了個(gè)“較”字,是有原因的,因?yàn)橥ㄓ玫慕拥胤椒ǜ静淮嬖?,這只是個(gè)基礎(chǔ)的模型,真正使用中的時(shí)候,還需要結(jié)合實(shí)際情況靈活變通處理,就像語言,同樣一句話“你討厭”,用不同語氣講出的時(shí)候,傳遞的信息可是千差萬別?;舅悸肥?,在設(shè)計(jì)上,把安全保護(hù)地、工作數(shù)字地、工作模擬地、工作功率地、雷擊浪涌地、屏蔽地先確保各自獨(dú)立的單獨(dú)連接,最后在系統(tǒng)聯(lián)調(diào)的時(shí)候,再根據(jù)各地之間要解決的問題,即根據(jù)接地的目的,將這幾個(gè)地按照下列的之間的聯(lián)接方式處理下,連接方式包括:

a地——地間黃綠導(dǎo)線直聯(lián)

這種接法最好理解,就是簡單的使兩個(gè)地可靠的低阻抗導(dǎo)通。但切記,此種接法僅限于中低頻信號電路地之間的接法。因?yàn)檫@類導(dǎo)線上有一定的走線電感和走線電阻,對高頻波動(dòng)地電流,在電感作用下,電纜起到的是大阻抗的作用,相當(dāng)于低頻接地,高頻下大阻抗接地了,基本不能實(shí)現(xiàn)高頻下的可靠導(dǎo)通。

b地——地間寬扁平電纜直聯(lián)

扁平電纜主要是解決上面導(dǎo)線直聯(lián)不能解決的問題,靜電測試工作臺的接地電纜不用直線就是這個(gè)道理,它在高頻下可以實(shí)現(xiàn)地阻抗對地導(dǎo)通。

c地——地間大電阻連接

大電阻的特點(diǎn)是一旦電阻兩端出現(xiàn)壓差,就會(huì)產(chǎn)生很弱的導(dǎo)通電流,把地線上電荷瀉放掉之后,最終實(shí)現(xiàn)兩端的壓差=0V,這個(gè)特點(diǎn)在希望電荷瀉放,但又不希望快速瀉放的時(shí)候,會(huì)表現(xiàn)得淋漓盡致。生產(chǎn)工作現(xiàn)場的防靜電臺墊,導(dǎo)通電阻一般是106-109歐,就是這個(gè)目的。防靜電臺墊相當(dāng)于是工作電路板的地與保護(hù)大地間的大電阻。c地——地間電容連接電容的特性是直流截止,交流導(dǎo)通,對希望實(shí)現(xiàn)這類功能的場合可以考慮采取此方法。比如一個(gè)開關(guān)電源供電的產(chǎn)品,外殼和保護(hù)接地連接,里面的電路板上的地有雜亂波動(dòng)干擾,但又無處瀉放的話,在24V、12V、5V等的直流電源地與保護(hù)接地間跨接大電容,波動(dòng)可以被瀉放掉,但直流成分能保證是較穩(wěn)的;注意,這種情況下,保護(hù)地和外殼地的穩(wěn)定不能保證的話,效果可能會(huì)適得其反歐。

d地——地間磁珠連接

在這里,磁珠的特性需要明確一下,很多工程師經(jīng)常把磁珠與電感劃等號,這是根本性錯(cuò)誤。磁珠等同于一個(gè)隨頻率變化的電阻,它表現(xiàn)的是電阻特性,是耗損性質(zhì)的;電感則是儲(chǔ)能性質(zhì)的,相當(dāng)于銷峰填谷。所以跨接磁珠的地之間一般是有快速小電流波動(dòng)的狀態(tài),因?yàn)榇胖闀?huì)飽和,電流太大了,它消耗不了。一般用在弱信號的地——地之間。

e地——地間電感連接

電感具有抑制電路狀態(tài)變化的特性,通過電感的連接,可以銷峰填谷,對于有較大電流波動(dòng)的地——地,跨接電感可以解決這個(gè)問題。

f地——地間小電阻連接

小電阻要解決的問題是增加了一個(gè)阻尼,阻礙地電流快速變化的過沖,在電流變化時(shí)候,使沖擊電流上升沿變緩,相當(dāng)于晶振輸出端、總線輸出端為減少過沖振鈴的匹配電阻。

5、安全地、防雷擊浪涌接地的接法

因?yàn)槔讚衾擞?、安全地的電流一般?huì)遠(yuǎn)大于信號電流對人的危害,這兩個(gè)接地建議分別單獨(dú)接到大地,在真正的大地處單點(diǎn)相接,尤其是防雷擊接地。

這篇文章耗時(shí)大約月余,各種思路一直盤旋于心,卻有無從做起,在我的身上,也印證了接地這個(gè)問題與我們的關(guān)系,最熟悉又最陌生,最簡單又最復(fù)雜,最易上路又最難達(dá)到終點(diǎn)。希望通過粗淺的總結(jié),為我們浮在云里霧端的接地設(shè)計(jì)提供一個(gè)落地的云梯,使接地的設(shè)計(jì)真正能接到地氣上來。






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